数控技术论文_关于数控技术的论文

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数控机床的发展及新技术应用

(河南农业大学机电工程学院机械设计制造及其自动化专业一班

郑州

450000)

摘要：先进的制造技术是制造业持久发展的保障,而数控机床使制造技术从一个新的起跑点得到发展。从20世纪中期数控技术面世以来，数控机床已经给机械制造业带来了历史性的变化。数控机床步入高速化、高精度化、功能复合化、控制智能化、体系开放化、驱动便利化、极端化、信息交互网络化的发展趋势。现代数控技术集机械制造技术、微机技术、成组技术与先进控制技术、信息处理技术、网络通讯技术、液压气动技术、光电技术于一体，是现代制造技术的基石，它彻底地改变了世界制造业的格局。数控技术是制造业得以实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，现代的CAD/CAM、FMS、CIMS等，都是在数控技术之上建立的。纵观数控机床的发展历史，我们可以明显的体会到数控技术的发展不仅引领整个制造业的发展，同时也推动着整个社会的进步。在今后，随着网络化、光电化等新技术的进一步成熟应用，数控机床的明天一定是前程似锦，充满希望。

关键词：数控机床

发展

历史性变化

趋势

新技术

中图分类号：TG156

Development of NC machine tools and Application of new technologies in

NC machine tools

name

1(1.Henan Agricultural University, zhengzhou 450000)

Abstract：Advanced manufacturing technology is the security of manufacture’s lasting development,and NC machine tools make manufacturing technology from a new start for development.Since NC machine tools appear in the middle 20 century, NC machine tools have taken historic changes to machinery manufacture.NC machine tools step into the develop trend of high speed, high precision, multiple functions, intelligent control, vitalizing system, drive facilitation, extremalization, information network.Modern NC control technology is consist of machinery manufacturing technology, computer technology, group technology, advanced control technology, information proceing technology, network communication technology, hydraulic and pneumatic technology, and photoelectric technology, which is the footstone of modern manufacturing technology and change the situation of global manufacturing thoroughly.NC technology is the foundation of automation, flexibility, integration and modern CAD/CAM, FMS, CIMS are all being built at the basic of it.Review the development history of NC machine tools, we can apparently feel that the development of NC technology not only guide the development of manufacture, but also push forward the progre of whole society.In the long term, with the mature application of network and photoelectric technology, the future of NC machine tools must be splendid and full of hope.Key words：NC machine Development Historic changes Trend New technologies

0 前言

1948年，受美国空军委托，美国帕森斯公司开始研制飞机螺旋桨叶片的轮廓样板的加工设备。由于样板形状复杂，加工精度要求很高，普通加工设备难以完成，于是设想用计算机控制机床。该公司1949年开始研究数控机床，并于1952年成功试制第一台由大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控

铣床，随后即投入正式生产。

1965年，第三代的集成电路数控装置问世，它不仅体积小，消耗功率少，同时提高了可靠性，降低了价格，推进了数控机床品种和产量。60年代末，先后研发成功由一台计算机可以直接控制多台机床的直控系统(简称DNC)，也称群控系统；通过小型计算机控制的数控系统(简称CNC),使数控装置步 入了小型计算机化的第四代。1974年，第五代使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置(简称MNC)研制成功。与第三代相比，第五代数控装置的功能增加了一倍，但体积却缩小为原来的5%，价格下降了75%，可靠性也大大提高。80年代初，受益于计算机软、硬件技术的提高，产生了可通过人机对话来自动编程的数控装置；数控装置趋向小型化，方便直接安装在机床上；数控机床的自动化程度不断提高，能够自动监控刀具破损和自动检测工件。

1数控机床的现状及趋势

高速化

数控机床使用用电主轴，最高转速大概可以达到200000r/min。分，最大进给率可达240m/min且可对复杂型面进行精确加工。CPU的飞猛发展为数控系统向高速转变提供了便利，同时运算速度的快速提升，使得机床在高分辨率时仍然可最高达到240m/min的进给速度； 当前先进加工中心的刀具切换时间大概在1s左右，甚至是0.5s。高精度化

借助高速插补的技术，通过微小的程序段来完成不间断进给，提高位置的测量精度，位置的伺服系统采取前馈控制和非线性的控制等方式； 实施误差补偿技术：采用螺距误差补偿、反向的间隙补偿以及刀具误差补偿等一系列补偿技术，以求实现对设备的受热变形误差和空间位置误差的综合补偿。采用网格解码器检查和提高加工中心的运动轨迹精度，并通过仿真技术模拟机床的加工精度，以确保机床加工的定位精度或重复定位的精度，使其性能长期保持稳定，使机床在不同工作条件下可以完成多种加工任务，并且确保零件的加工质量。功能复合化

采用复合机床进行加工，降低了工件装夹、卸载、更换和调整刀具的辅助时间和中间过程中产生的误差，大大改善了零件加工精度，同时缩短了产品生产周期，提高了生产率。加工过程的整合也促使了

机床向模块化、多轴化发展。随着机械加工过程要求的不断精细，多轴联动数控机床越来越受到各大消费厂商的欢迎，其扩大化大生产也呼之欲出。

控制智能化

近年来，智能技术已得到十分迅速的发展，为了顺应现代机械制造产业业生产柔性化和制造自动化的需要，数控机床的智能化程度正在不断提升。主要采用的方式有：对加工参数进行智能优化与选择、对加工过程实行自适应控制技术、开发智能故障诊

断和自修复技术。

体系开放化

因为软、硬件的接口按照公认的标准协议制造，系统的开发费用大大降低，但系统性能与可靠性反而得到改善并延长了生命周期；通过更新产品、增加功能以及提供软件产品的不同组合来满足特殊用户应用要求； 驱动并联化

在机床主轴与机座之间采用多杆并联联接机构驱动，能够进行多坐标联动数控加工、装配以及测量各种功能，而且能满足形状非常复杂零件的加工，表现出当代机器人的质量小、模块化程度高和速度快等优点。极端化

国防科技、航空部门、航天事业的发展以及能源等基础性产业装备的大型化都需要大型、性能优良的数控机床的支持。对于超精密加工技术和微纳米技术等新世纪的战略技术，我们需要发展可以适应微小的尺寸和加工精度为微纳米级的新型制造工艺和装备。信息交互网络化

对于竞争日益激烈竞争的生产者来说，怎样让数控机床具备双向和高速的通讯联网功能，以便保证信息在车间的各个部门之间畅通无阻交流传输是特别重要的。这样不仅可以形成网络资源共享，还能实现对数控机床的远程监视、控制、教学和管理，以及针对数控装备的数字化服务。

2新技术的应用

因为数控机床是机械、液压、网络传输、光学检测等多项工程技术的结合，所以展望数控新技术的进步与应用，必定离不开上述技术的发展。机械结构改进

传统的数控机床传动链需要丝杠轴承座、联轴节等构件，结构繁杂，传动链不够紧凑，容易引起系统误差，难以保证较高精度。直线电机的采用避免了机械传动链的诸多缺陷，从电气领域观察，它的参数设置更合理、简便、高效、快捷、精确，它的结构简单、成本不高、利于保养和维修，并且控制精度高。内装式高速主轴的采用，克服了传统主轴的劣势，使变频调速更加方便，同时简化了结构，降低了制造成本。传统机床的驱动力与工件受力点会由于加工轨迹的变化而动态变化，导致工作台总存在扭矩，而重心驱动的采用解决了上述难题，大大减小了机床的振动，提高了加工精度。LSI结构、全数字伺服

采用专用总线结构LSI，可以帮助高速CPU提高插补速度，利于插补运算和接口控制，用软件代替传统硬件来实现功能，利于在线调试和跟踪诊断。采用全数字伺服克服了传统模拟伺服易受放大系数和温度等因素影响、插补精度较低的难题，并且它采用软件方式控制伺服的位置环、电流环和速度环，能够根据负载的变化，灵活地调整参数以方便提高自适应能力，同时方便在线诊断。E—维护

伴随计算机网络技术的迅猛发展，网络化和全球化生产必将是未来制造业发展的趋势。在市场全球化影响下，产品技术支持和售后服务是用户满意度的重要体现因素，E—维护油然而生。数控设备生产厂家通过给所生产的产品中设置远程诊断模块等方式，可实现借助网络为用户进行故障诊断或提供维修技术指导。STEP-NC

STEP-NC（ISO14649）是国际标准化组织（ISO）开发。使用EXPRESS语言和以特征为特征的编程原理，将产品的数据交换标准延伸至CNC领域，重新规定CAD/CAM与CNC之间的口,这样使传到CNC机床的“程序”不再覆盖机床信息，只有零件的特征信息, 消除了传统数控加工时所需要的后置处理问题，同时为数控技术朝向高速化、智能化、集成化等方向发展提供基础的数据标准。新型材料

尽管当前机床在结构研究和控制方面进步迅速，可是其主要功能部件依然大部分用传统结构材料制成，这样很难完全适应未来数控机床发展的要求。为了进一步提高数控机床的高速度、高精度、高效能要求，可以采用泡沫金属、纤维增强聚合物基材料等轻质材料。采用综合性能优异的新材料不仅可以改进机床性能，还能降低机床的负重、减小阻尼和提高精度。

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